Um die Umweltfreundlichkeit von Wasserstoff als Energieträger bewerten zu können, müssen neben den direkten Emissionen am Kraftfahrzeug auch andere Faktoren z.B. bei der Gewinnung von elementarem Wasserstoff berücksichtigt werden. Um diese Faktoren auch verstehen zu können, wird im folgenden das Grundprinzip der Elektrolyse, einem möglichen Weg zur Herstellung von elementarem Wasserstoff, erklärt.
Elektrolyse
Allgemein handelt es sich bei der Elektrolyse um eine chemische Stofftrennung, herbeigeführt durch elektrischen Strom. Zur Gewinnung von elementarem Wasserstoff wird Wasser zu Sauerstoff und Wasserstoff aufgespalten.
H20 àO2 + H2
Nachteil: ca. 25 % der Energie des elektrischen Stroms gehen durch Abwärme verloren und werden nicht im Wasserstoff gespeichert.
Umweltfreundlichkeit der Herstellung mittels der Elektrolyse
Wasserstoff, hergestellt durch die Elektrolyse, kann entweder „grün“ sein, wenn er mit Hilfe von Strom aus erneuerbaren Energien gewonnen wurde, oder „grau“, wenn der bei der Elektrolyse verwendete Strom durch fossile Energieträger erzeugt wurde. Wenn letzteres der Fall ist, kann nicht von Klimafreundlichkeit gesprochen werden. Wenn allerdings „grüner“ Wasserstoff verwendet wird, speichert man die Energie, die sonst in einer emissionsreich hergestellten Batterie gespeichert wäre, ganz ohne versteckte Treibhausgase in einem Hochdrucktank.
Kontrollierte Freisetzung der Energie durch die PEM-Brennstoffzelle am KFZ
Durch Wasserstoff aus dem Tank des Fahrzeugs und Sauerstoff aus der Umgebungsluft wird innerhalb der PEM-Brennstoffzelle elektrischer Strom erzeugt, welcher mit Hilfe eines herkömmlichen Elektromotors das KFZ antreibt. Durch diese Art der Speicherung der Energie kann auf eine in der Herstellung treibhausgasreiche Batterie verzichtet werden.
Vorteile der PEM-Brennstoffzelle:
-Wasserdampf als einziges Produkt der Reaktion (Wasser statt Kohlenstoffdioxid aus dem Auspuff)
-keine Verbrennung also auch keine giftigen Stickoxide NOx
-leichtes Gewicht der Brennstoffzelle
-mit bis zu 10 Jahren hohe Lebensdauer für Brennstoffzellen
-niedrige Betriebstemperatur
Nachteile der PEM-Brennstoffzelle:
-Wirkungsgrad von 32 % – 37 %
-Platin als Katalysator an den Elektroden selten, aber Recyclingquoten steigen
Ist Wasserdampf auch ein Treibhausgas?
Mit einem atmosphärischen Anteil von 2,6 % ist Wasserdampf das wohl wichtigste Treibhausgas in der Atmosphäre. Ohne Wasserdampf wäre es auf der Erde durchschnittlich 20,6 °C kälter und die Erde wäre somit unbewohnbar. Aber aufgrund der schnellen Kondensation von Wasserdampf in niedrigeren Schichten der Atmosphäre, ist „das Treibhauspotential von Wasserdampf in Bodennähe (..) daher als vernachlässigbar zu betrachten.“ (Salchenegger 2006, S. 14) Zudem würde, selbst wenn man davon ausgeht, dass jedes KFZ im Straßenverkehr durch ein mit Wasserstoff betriebenes KFZ ersetzt werden würde und jegliches bei der Reaktion entstandene Wasser gasförmig auftritt, die zusätzliche Emittierung von Wasserdampf verglichen mit der natürlichen Verdampfung nur 0,03 % betragen (Daten zur natürlichen Verdampfung von Wasser und Energieverbrauch des Straßenverkehrs in Österreich).
Fazit:
Grüner Wasserstoff, welcher durch Strom aus erneuerbaren Energien gewonnen wird, ist im Straßenverkehr als Energieträger umweltfreundlich, da er keine klimaschädigenden Treibhausgase direkt und vor allem indirekt emittiert. Allerdings wird viel Strom aus erneuerbaren Energien, durch den niedrigen Wirkungsgrad von der Erzeugung des Wasserstoffes hin zu Fortbewegung eines Kraftfahrzeuges, benötigt. Dieser Strom kann aber in geographischen passenden Ländern produziert und nach Europa geleitet werden (z.B. Strom aus Solaranlagen in Marokko). So wird internationale Zusammenarbeit zur Erreichung der SDGs gefördert und dadurch auch direkt SDG 12.
Quelle zu Daten: „Mobilität nachhaltig gestalten. Der Wasserstoffantrieb als echte Alternative für die klimaneutrale Fortbewegung?“ Tjark Köhler 2020